Software Defined Manufacturing (SDM)

Der Begriff steht für die softwarezentrierte Steuerung und Optimierung von Fertigungsprozessen, bei der die Software – nicht mehr die Anlagen/Hardware – im Mittelpunkt steht.

Im SDM-Ansatz wird klassische maschinen- und Produktionsprozess-spezifische SPS-Steuerung weiterverwendet, aber über Dienstschnittstellen angesprochen. Dadurch wird in den SPS tiefverwurzeltes und teuer zu änderndes Prozesswissen auf eine höhere Abstraktionsebene geholt. Die Maschinen werden über Software definiert, gesteuert und angepasst – ähnlich wie bei einem Smartphone, dessen Funktionalität durch Apps bestimmt wird. Das Resultat: Änderungen am Prozess werden schneller und effizienter umsetzbar.

Zu den Kernkonzepten gehören:

• Flexibilität: Produktionssysteme können schnell und kostengünstig an neue Anforderungen angepasst werden – durch Softwareupdates statt physischer Umbauten.
• Modularität: Maschinen und Prozesse werden in „Fähigkeiten“ zerlegt, die durch mechatronische Module bereitgestellt werden. Diese Module sind softwaregesteuert und rekonfigurierbar.
• IT-OT-Konvergenz: Die Integration von Informationstechnologie (IT) und Operational Technology (OT) ermöglicht eine durchgängige Datenverarbeitung und Steuerung vom Büro bis zur Werkhalle 
• Virtualisierung: Steuerungslogik wird aus dem Schaltschrank in die Cloud verlagert, was zentrale Verwaltung und Skalierbarkeit erlaubt

• Die »Software-Ebene« ist leichter und schneller anzupassen und bindet weniger Investitionskosten.
• Die Digitalisierung und Vernetzung der Steuerungsebene ermöglichen einfachere Optimierungen und Automatisierungen, die die Flexibilität und Produktivität erhöhen oder auf unterschiedliche Ziele hin optimieren können.

Control Components beschreiben modulare, semantisch definierte Fähigkeiten von Maschinen und Anlagen und stellen diese über klar spezifizierte, serviceorientierte Schnittstellen bereit. Maschinenfunktionen werden unabhängig vom konkreten SPS-Programm definiert, aufrufbar gemacht und lassen sich dadurch systematisch orchestrieren und automatisieren. Auf der darüberliegenden Ebene integriert die Verwaltungsschale diese Fähigkeiten in ein standardisiertes digitales Repräsentationsmodell. Sie kapselt Zustände, technische Daten, Parameter und Konfigurationsinformationen herstellerneutral und stellt sie über definierte Teilmodelle bereit. 

Unternehmen, die frühzeitig auf diese Architekturen setzen, schaffen damit eine zukunftssichere Grundlage für modulare, updatefähige und interoperable Produktionssysteme. Sie reduzieren langfristige Integrationskosten, beschleunigen Umrüstungen und vermeiden vendor lock-in. Zudem verschiebt sich der Wettbewerb zunehmend in Richtung softwaregetriebener Produktionsflexibilität. Wer jetzt beginnt, seine Maschinenfähigkeiten klar zu modellieren und über standardisierte Schnittstellen nutzbar zu machen, kann neue Geschäftsmodelle, KI-gestützte Optimierungen und digitale Serviceangebote wesentlich schneller umsetzen. Frühe Investitionen sichern damit nicht nur technische, sondern auch strategische Vorteile im Übergang zur softwaredefinierten Fabrik.

Im Kontext von Industrie 4.0 wurden viele Konzepte und Lösungen entwickelt, welche genutzt werden können, um die notwendigen Abstraktionsschichten und damit flexible Baukästen für leichte Änderbarkeit ermöglichen.

Dabei spielen digitale Produktpässe und eine Infrastruktur mit standardisierten Schnittstellen zur Verwaltung der Anlagen eine zentrale Rolle, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Beides lässt sich mit Hilfe der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) umsetzen, für die es mit BaSyx eine leistungsfähige kostenfreie Open Source Implementierung gibt.

Am Fraunhofer IESE wird das Thema der Flexibilisierung der Produktion seit vielen Jahren in Projekten adressiert und es wurden geeignete Technologien entwickelt und in vielen Anwendungsszenarien verfeinert. Eine gute Übersicht liefern die Umsetzungen namhafter Unternehmen.

Haben Sie weitere Fragen oder Interesse, das Konzept Software-defined Manufacturing einmal im Kontext Ihres Unternehmens mit unseren Fachexperten zu erörtern?